состав для защиты металлов от коррозии и солеотложений
Классы МПК: | C23F11/08 в прочих растворах |
Автор(ы): | Гайдар Сергей Михайлович (RU), Пучин Евгений Александрович (RU), Прохоренков Вячеслав Дмитриевич (RU), Низамов Руслан Каримович (RU), Голубев Михаил Иванович (RU), Кузнецова Екатерина Геннадиевна (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2011-09-23 публикация патента:
27.09.2012 |
Изобретение относится к составам для ингибирования коррозии и солеотложений в теплообменном оборудовании систем технического водоснабжения, для приготовления смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) и межоперационной защиты узлов и деталей из черных и цветных металлов. Состав включает триполифосфат натрия и азотсодержащее соединение, также дополнительно содержит 2-гидроксиэтилметакрилат и сахарозу, а в качестве азотсодержащего соединения - продукт конденсации борной кислоты с моноэтаноламином и смесью жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом С2-С6 при мольном соотношении 1:5:3 соответственно, при следующем соотношении компонентов, мас.%: триполифосфат натрия 10,0-20,0; продукт конденсации борной кислоты с моноэтаноламином и смесью жирных кислот 70,0-80,02; 2-гидроксиэтилметакрилат 2,0-4,0 и сахароза 6,0-8,0. Технический результат: повышение эффективности защиты от коррозии и отложения солей теплообменного оборудования из цветных металлов. 3 табл.
Формула изобретения
Состав для защиты металлов от коррозии и солеотложений, включающий триполифосфат натрия и азотсодержащее соединение, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 2-гидроксиэтилметакрилат и сахарозу, а в качестве азотсодержащего соединения - продукт конденсации борной кислоты с моноэтаноламином и смесью жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом С2 -С6 при мольном соотношении 1:5:3 соответственно, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
триполифосфат натрия | 10,0-20,0 |
продукт конденсации борной кислоты | |
с моноэтаноламином и смесью жирных кислот | 70,0-80,02 |
2-гидроксиэтилметакрилат | 2,0-4,0 |
сахароза | 6,0-8,0 |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к составам для ингибирования коррозии и солеотложений в теплообменном оборудовании систем технического водоснабжения, для приготовления смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) и межоперационной защиты узлов и деталей из черных и цветных металлов.
Известен состав для защиты металлов от коррозии и солеотложений, содержащий, мас.%: триполифосфат натрия (ТПФ) - 83,4, хлорид хрома - 8,3 и аминокислоты или их соли - 8,3 (Алцыбеева А.И., Левин С.З. Ингибиторы коррозии металлов. - Л.: Химия, 1968. - С.119).
Недостатком данного состава является его относительно низкая эффективность при защите от коррозии (85-87%) и солеотложений (80-84%) цветных металлов.
Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является состав для защиты металлов от коррозии и солеотложений, содержащий, мас.%: триполифосфат натрия 10-20, бензотриазол 30-40 и борат этаноламина 40-60 (RU 2355821 С1, кл. C23F 11/08, 11/14, 14/02, 20.05.2009).
Недостатком данного состава является то, что он не позволяет надолго защитить от коррозии и солеотложений теплообменное оборудование из цветных металлов, так как содержит бензотриазол, являющийся летучим ингибитором.
Техническим результатом изобретения является создание ингибитора, позволяющего повысить эффективность защиты от коррозии и отложения солей теплообменного оборудования из цветных металлов.
Данный результат достигается тем, что состав для защиты металлов от коррозии и солеотложений, включающий триполифосфат натрия и азотсодержащее соединение, дополнительно содержит 2-гидроксиэтилметакрилат и сахарозу, а в качестве азотсодержащего соединения - продукт конденсации борной кислоты с моноэтаноламином и смесью жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом С2-С6 при мольном соотношении 1:5:3 соответственно при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Триполифосфат натрия | 10,0-20,0 |
Продукт конденсации борной кислоты | |
с моноэтаноламином и смесью жирных кислот | 70,0-80,0 |
2-гидроксиэтилметакрилат | 2,0-4,0 |
Сахароза | 6,0-8,0 |
Отличительной особенностью предложенного технического решения является то, что введение указанного продукта конденсации, 2-гидроксиэтилметакрилата и сахарозы при заявленном соотношении компонентов позволяет получить состав, позволяющий надежно защитить системы оборотного водоснабжения из цветных металлов от коррозии и солеоотложений на срок не менее двух лет.
ТПФ (Na2P3O10) является продуктом переработки термической ортофосфорной кислоты и имеет следующие физико-химические показатели (ГОСТ 13493-86 с изменениями 1, 2, 3):
массовая доля пятиокиси фосфора, % не менее | 56,5 |
массовая доля триполифосфата натрия, % не менее | 92,0 |
массовая доля первой формы триполифосфата натрия, % не более | 10,0 |
массовая доля железа, % не более | 0,02 |
массовая доля нерастворимых в воде веществ, % не более | 0,13 |
pH 1%-ного водного раствора | 9,7±0,3 |
Способ получения продукта конденсации заключается в следующем.
В реактор, снабженный мешалкой, насадкой Дина-Старка, обратным холодильником и термометром, загружают смесь жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом С2-С6 и моноэтаноламин (МЭА), соответствующий ТУ 2423-159-00203335-2004. Реакционную массу нагревают при перемешивании до 80-90°С, после чего вводят борную кислоту (ГОСТ 18704-78) и поднимают температуру реакционной смеси до 150-160°С, выдерживая ее при этой температуре в течение 2,0-2,5 ч до образования однородной массы с аминным числом не менее 40 мг HCl/г. Мольное соотношение борная кислота: МЭА: смесь жирных кислот составляет 1:5:3.
В качестве смеси жирных кислот используют низкомолекулярные жирные кислоты растительных масел (подсолнечного, соевого, рапсового, льняного и т.д.) ряда С2-С 6 или синтетические жирные кислоты (СЖК) соответствующих фракций. Применение жирных кислот ряда C8 и выше при синтезе не позволяет получить водорастворимые продукты.
Полученные продукты конденсации представляют собой жидкости от желтого до коричневого цвета и имеют следующие характеристики.
Кинематическая вязкость при 100°С, сСт - не более 65,0.
Аминное число, мг HCl/г - не менее 40.
Зольность, % - отсутствует.
Температура вспышки в открытом тигле, °С - не ниже 200.
2-Гидроксиэтилметакрилат (C6CH10 O3) получают реакцией этерификации метакриловой кислоты этиленгликолем:
СН2=С(СН3 )СООН+ОНСН2СН2ОН СН2=С(CH3)COOCH2CH 2OH+H2O
Представляет собой прозрачную жидкость с относительной плотностью 1,08 г/см3 (20°С), температурой вспышки 101°С, температурой кипения 250°С и молекулярной массой 130,14 а.е.м.
Сахароза (C 12H22O11) - кристаллическое вещество белого цвета с молекулярной массой 342,3 а.е.м. и относительной плотностью 1,5879 г/см3 (15°С). Растворимость, г/100 г: 179 (0°С) и 487 (100°С) в воде, 0,9 (20°С) в этаноле.
В промышленности сахарозу получают из сахарной свеклы. Для этого ее разрезают на тонкие стружки и извлекают сахарозу и другие растворимые вещества горячей водой (диффузия). Полученный раствор, содержащий 12-15% сахарозы, обрабатывают известью (дефекация). При этом нейтрализуются и частью осаждаются свободные кислоты (щавелевая, лимонная), а также фосфаты, белковые и красящие вещества свеклы. Раствор, содержащий избыток извести, обрабатывают углекислотой (сатурация). Образующийся карбонат кальция, адсорбировавший примеси, отделяют на вакуум-фильтре, после чего раствор подвергают повторной дефекации и сатурации. Очищенный раствор упаривают в вакуум-аппаратах. Сахарозу выделяют из охлажденного раствора в виде мелких кристаллов, которые центрифугированием отделяют от маточного раствора.
Предложенный состав получают последовательным смешением триполифосфата натрия с продуктом конденсации, 2-гидроксиэтилметакрилатом и сахарозой. Рабочая концентрация полученного ингибитора в воде составляет 2-3 мас.%.
Композиции образцов предложенного состава для защиты от коррозии и солеотложений представлены в табл.1. Примеры 4 и 5 являются контрольными.
Коррозионные испытания образцов из углеродистой стали марки Ст.10 и цветных металлов проводили в искусственной воде на основе оборотной промышленной воды, имевшей следующий состав, мг/л: CaCl2 - 294,8; NaCl2 - 36,0; Na2SO4 - 391,4; NaOH - 38,0.
Коррозионные испытания выполняли с помощью потенциостата П-5848 на вращающемся дисковом электроде при скорости движения воды 1 м/с, температуре 20°С и концентрации состава 2,0 мас.% (табл.2).
Испытания на способность состава предотвращать отложения солей осуществляли в ультратермостате при 60°С и времени выдержки 5 ч. Исследования проводили в природной грунтовой воде с общей жесткостью 15,2 мг-экв/л, содержащей НСО3 - - 5,4 мг-экв/л и Ca2+ - 9,8 мг-экв/л (табл.3).
Использование предложенного состава позволит надежно защитить теплообменное оборудование из черных и цветных металлов систем оборотного технического водоснабжения от коррозии и солеотложений.
Таблица 1 | |||||
Компоненты | Содержание компонентов по примерам, мас.% | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
ТПФ | 10,0 | 15,0 | 20,0 | 21,0 | 9.0 |
Продукт конденсации борной кислоты с МЭА и смесью жирных кислот растительных масел ряда С2-С6 при мольном соотношении 1:5:3 | 80,0 | 70,0 | 69,0 | ||
Продукт конденсации борной кислоты с МЭА и СЖК фракции С2-С 6 при мольном соотношении 1:5:3 | 75,0 | 81,0 | |||
2-Гидроксиэтилметакрилат | 4,0 | 3,0 | 2,0 | 1,0 | 5,0 |
Сахароза | 6,0 | 7,0 | 8,0 | 9,0 | 5,0 |
Таблица 2 | |||||||
Результаты коррозионных испытаний предложенного состава | |||||||
Показатель | Вода, содержащая предложенный состав по примерам | Вода, содержащая состав по прототипу | Вода | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||
Скорость коррозии стали Ст.10, мА/см2 | 0,30 | 0,29 | 0,28 | 0,35 | 0,30 | 0,30-0,33 | 3,47 |
Коррозионное воздействие на металлы по потере массы при 88±2°С (336 ч), г/м2/сутки: | |||||||
медь Ml | 0,02 | 0,018 | 0,016 | 0,024 | 0,018 | 0,12 | 2,8 |
латунь Л-62 | 0,053 | 0,052 | 0,05 | 0,06 | 0,05 | 0,15 | 1,9 |
припой ПОС-40-2 | 0,2 | 0,18 | 0,17 | 0,25 | 0,17 | 0,32 | 2,4 |
алюминий АК-6М2 | 0,1 | 0,09 | 0,08 | 0,14 | 0,08 | 0,26 | 2,3 |
чугун СЧ-25 | 0,04 | 0,035 | 0,03 | 0,046 | 0,03 | 0,05 | 1,8 |
сталь 20 | 0,04 | 0,036 | 0,032 | 0,047 | 0,032 | 0,043 | 1,7 |
Защитная эффективность, % | 96 | 97 | 98 | 94 | 96 | 94-96 | - |
Таблица 3 | |||||
Степень защиты Z (%) от солеотложений в природной грунтовой воде при 60°С | |||||
Среда, концентрация ингибитора, мас.% | Общая жесткость, мг-экв/л | НСО3 - мг-экв/л | Са2+ мг-экв/л | Z | |
Исходная вода | 15,2 | 5,4 | 9,8 | - | |
Прототип | 0,5 | 10,2 | 3,8 | 6,4 | 67 |
1,0 | 12,9 | 4,8 | 8,1 | 85 | |
2,0 | 14,9 | 5,3 | 9,6 | 98 | |
Предложенный состав | 0,5 | 12,9 | 4,4 | 8,5 | 85 |
1,0 | 14,6 | 5,0 | 9,6 | 96 | |
2,0 | 15,2 | 5,4 | 9,8 | 100 |
Класс C23F11/08 в прочих растворах